磁链区间细分控制在dtc系统中的应用

黄祯祥，郭延文，廖剑霞，邓怀雄，周  书

(湘潭大学，湖南湘潭411100)

    摘要：针对直接转矩控制系统中电压矢量对定子磁链幅值和磁通角的影响，指出了传统开关控制表所存在的缺陷。在传统直接转矩控制的基础上，分析了磁链区间细分控制的控制策略及其实现方法，该方法有效地避免了定子磁链幅值和磁通角变化相矛盾时对系统转速与转矩的不利影响。仿真结果表明该控制方案是可行的，能使系统起动响应速度加快，并具有良好的转速与转矩控制性能，提高了系统的稳定性与对定子磁链相位角的鲁棒性。

    关键词：直接转矩控制；磁链区间细分控制：电压矢量

中图分类号：tm34  文献标识码：a  文章编号：1004-7018(2008)07-0050-03

 

 

    o引  言

 

    传统直接转矩控制系统在实际运行中，其基本控制方法通常是保持定子磁链幅值为额定值，通过电压矢量来控制定子磁链的平均旋转速度以改变磁通角的大小，达到控制电磁转矩的调节[1,2]。这种控制方法的前提是电压矢量的变化对定子磁链幅值不产生改变，或者即使产生改变也与磁通角的变化趋势不应相矛盾。事实上，电压矢量变化时，定子磁链幅值也会跟着变化，在一定条件下它的变化会和磁通角的变化趋势相矛盾。为避免这一现象的产生，传统控制中常采用舍弃那些引起定子磁链幅值和磁通角的变化趋势相矛盾的电压矢量，从而使得控制性能不能象期望的一样达到****。本文在分析引起定子磁链幅值和磁通角的变化趋势相矛盾的基础上，提出采用磁链区间细分控制的直接转矩控制方案，通过仿真实验验证了其可行眭。

 

    1 电压矢量对定子磁链幅值和磁通角的影响

 

    对异步电动机而言，在忽略定子电阻压降的情况下，定子磁链与定子电压的关系为：

 

 

    由式(1)可知，定子磁链矢量顶点的运动方向和轨迹对应于当时所施加的电压矢量的作用方向,通过控制逆变器输出的电压矢量可实现对定子磁链矢量幅值与方向以及磁通角大小的改变。定子磁链的理想轨迹是以定子磁链矢量幅值为半径的标准圆形。电压矢量对定子磁链幅值与磁通角的影响效果如表1所示，电压矢量与定子磁链分区如图1所示，零矢量使定子磁链按自身规律自由衰减和减小磁通角。

 

 

    2 传统开关表的缺陷

 

    在异步电动机的直接转矩控制系统中，电机输出的电磁转矩由下式确定：

 

 

    由式(2)可知，在直接转矩控制系统中，电磁转矩的增减变化是由定子磁链幅值与磁通角两者的增减变化决定的(转子磁链以同步角速度沿圆形轨迹旋转，其幅值由负载决定)，通过上述分析知道，任何一个电压矢量都同时引起定子磁链幅值和磁通角产生变化，两者变化的趋势决定了电磁转矩的变化趋势。尤其当两者变化相矛盾时，变化快的一个则起主要作用。目前直接转矩控制大都采用bang-bang控制，即磁链控制器采取两点式滞环比较器，转矩控制器采取三点式滞环比较器，传统开关状态表如表2所示。

 

 

    表2的建立是有一定的前提条件的，也就是说要求初始磁通角必须小于60°[3]。该开关表至少存在以下方面的缺陷：一是在任一扇区内可利用的电压矢量减少为四个，对电压矢量的****选择造成了影响。如1扇区内u3、u6对定子磁链幅值和磁通角的增减变化不一致进行了舍弃；二是在初始磁通角大于60°的情况下，开关表的某些电压矢量对电磁转矩的实际影响与开关表所期望的效果相矛盾。如1扇区内电压矢量u4的作用，在开关表中u4是起增大转矩的作用的，但是当初始磁通角大于60°时，可分析出它的作用是减小转